EP0005662B1 - Dispositif de détection rapide de gradient de vent - Google Patents

Dispositif de détection rapide de gradient de vent Download PDF

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EP0005662B1
EP0005662B1 EP79400290A EP79400290A EP0005662B1 EP 0005662 B1 EP0005662 B1 EP 0005662B1 EP 79400290 A EP79400290 A EP 79400290A EP 79400290 A EP79400290 A EP 79400290A EP 0005662 B1 EP0005662 B1 EP 0005662B1
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Jean-Louis Lebrun
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Societe Francaise dEquipements pour la Navigation Aerienne SFENA SA
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/04—Control of altitude or depth
    • G05D1/06—Rate of change of altitude or depth
    • G05D1/0607—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft
    • G05D1/0615—Rate of change of altitude or depth specially adapted for aircraft to counteract a perturbation, e.g. gust of wind

Definitions

  • the present invention relates to improvements to the rapid wind gradient detection system according to patent FR-A-2334 110.
  • the system described in this patent uses, for the detection of wind gradients, the relationship existing between the aerodynamic slope ⁇ a , the total slope ⁇ T and the airspeed V, this relation being stated:
  • g is the acceleration of gravity
  • s is the Laplace operator
  • Vsel is a set speed
  • A is a value which is substantially constant or zero, in the case of normal flight without disturbances, and which increases in the case of a wind gradient, head wind becoming tail wind.
  • This system detects variations in the quantity A and issues a warning signal when this value rises above a predetermined threshold.
  • a wind gradient is understood to mean any significant variation in the wind vector (with possibly inversion), which occurs along the flight path of the aerodyne.
  • the invention therefore firstly aims to eliminate this drawback. It proposes, for this purpose, an improvement which consists, instead of comparing the value A with a fixed or variable reference value, to mix this value A with a value representative of the capacity of the aerodyne to overcome the wind gradient , so as to obtain a composite signal which is compared with a reference value.
  • the value representative of the capacity of the aerodyne to overcome the wind gradient is the value of the incidence ⁇ of the aerodyne, the reference value then being homogeneous at this incidence.
  • Another object of the invention is the rapid detection of a wind gradient using, in the calculation of the quantity A, instead of the parameters ⁇ a and ⁇ T , as previously, the information provided by an inertial unit.
  • the invention proposes a device which makes it possible to obtain the quantity A by making the derivative with respect to time of the difference between the speed V, supplied by an anemometric unit, and the ground speed V ,,, detected by the inertial unit.
  • Figure 1 is a block diagram of a system or device for detecting a wind gradient, taking into account the current incidence of the aerodyne, in the case where the quantity A is calculated using the parameters ⁇ a , and ⁇ T ;
  • FIG. 2 is a block diagram of a circuit allowing the development of the quantity A, using the information provided by an inertial unit;
  • FIG. 3 is a diagram representing the variations of the wind speed, and of the aerodynamic speed of the aerodyne, as a function of time, during a period when a wind gradient occurs;
  • FIGS 4, 5 and 6 schematically represent a variometer equipped with the warning light of a rapid wind gradient detection system, the indications provided by this improved variometer corresponding respectively to the three main phases of the wind gradient .
  • the signal representative of the quantity A which can be supplied (arrow 1) by a circuit solving the equation: is first transmitted to a transfer function filter 2 of the form Ts / 1 + T3 s, which is used to subtract from instrument errors (in particular those which are used to determine ⁇ T and ⁇ a ) and which is sensitive to the change of direction of the quantity A.
  • This filter 2 is itself connected to a directional conductive circuit 3 such as a diode whose function is to transmit only the signals (generally positive) corresponding to gradients of dangerous wind resulting in a sudden reduction in the airspeed from the plane.
  • a directional conductive circuit 3 such as a diode whose function is to transmit only the signals (generally positive) corresponding to gradients of dangerous wind resulting in a sudden reduction in the airspeed from the plane.
  • the signal supplied by this circuit 3 is transmitted to a filter 4 whose transfer function is of the form 1/1 + T4 s, which makes it possible to eliminate turbulence so as to avoid nuisance alarms.
  • the filter 4 is connected to an amplifier 5 of gain K 1 .
  • This filter 4 serves to make the signal, which at the start is expressed in meters / second 2 , homogeneous with an incidence signal expressed in degrees.
  • the signal ⁇ ⁇ F supplied by this filter is then transmitted to an adder 6, which receives a signal ⁇ f representative of the incidence a (arrow 7) of the aerodyne emanating from an incidence detector associated with a filter 8 of transfer function 1/1 + ⁇ 2 s.
  • the time constants ⁇ 2 , ⁇ 3 and ⁇ 4 can be equal to three seconds, with regard to ⁇ 2 and ⁇ 4 , and ten seconds, with regard to ⁇ 3 .
  • the signal ⁇ * ⁇ f + ⁇ ⁇ F , supplied by the adder6 , is transmitted to a level detector 9, which compares the signal a * to a reference signal ⁇ o (arrow 10) and which transmits to a signal d alarm (arrow 11) when * becomes greater than ⁇ o .
  • This alarm signal can in particular cause the lighting of an indicator light 12 placed on the quadrant of an improved variometer, as shown in FIGS. 4, 5 and 6.
  • the quantity A can no longer be calculated from the formula: but from the module of the ground speed V x and from the aerodynamic speed V coming for example from an airspeed unit.
  • the quantity A is here assimilated to the projection of the derivative of the vector along the wind trajectory.
  • the circuit allowing such a calculation comprises a subtractor 13 performing the difference V x - V and a derivative 14 of transfer function s / 1 + T 1 s mounted at the output of this subtractor.

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Description

  • La présente invention concerne des perfectionnements au système de détection rapide d'un gradient de vent selon le brevet FR-A-2334 110. Le système décrit dans ce brevet utilise, pour la détection des gradients de vent, la relation existant entre la pente aérodynamique γa, la pente totale γT et la vitesse anémométrique V, cette relation s'énonçant :
    Figure imgb0001
  • Dans cette formule, g est l'accélération de la pesanteur, s est l'opérateur de Laplace, Vsel est une vitesse de consigne et A est une valeur qui est sensiblement constante ou nulle, en cas de vol normal sans perturbations, et qui croît dans le cas d'un gradient de vent, vent avant devenant vent arrière.
  • Ce système détecte les variations de la grandeur A et délivre un signal d'avertissement, lorsque cette valeur s'élève au-dessus d'un seuil prédéterminé.
  • On a tout d'abord pensé à attribuer à ce seuil une valeur fixe.
  • Une telle solution présente cependant l'inconvénient de ne pas tenir compte de l'aptitude de l'aérodyne à surmonter les perturbations engendrées par le gradient de vent.
  • D'une manière générale on entend par gradient de vent toute variation importante du vecteur vent (avec éventuellement inversion), qui se produit le long de la trajectoire de vol de l'aérodyne.
  • L'invention a donc tout d'abord pour but de supprimer cet inconvénient. Elle propose, à cet effet, un perfectionnement qui consiste, au lieu de comparer la valeur A à une valeur de référence fixe ou variable, à mélanger cette valeur A à une valeur représentative de la capacité de l'aérodyne à surmonter le gradient de vent, de manière à obtenir un signal composite qui est comparé à une valeur de référence.
  • Plus précisément elle concerne un dispositif tel que défini dans la revendication 1, où la valeur représentative de la capacité de l'aérodyne à surmonter le gradient de vent est la valeur de l'incidence α de l'aérodyne, la valeur de référence étant alors homogène à cette incidence.
  • L'invention a en outre pour but la détection rapide d'un gradient de vent utilisant dans le calcul de la grandeur A, au lieu des paramètres γa et γT, comme précédemment, les informations fournies par une centrale inertielle.
  • Pour atteindre ce but, l'invention propose un dispositif qui permet d'obtenir la grandeur A en effectuant la dérivée par rapport au temps de la différence entre la vitesse V, fournie par une centrale anémométrique, et la vitesse sol V,,, détectée par la centrale à inertie.
  • Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :
  • La figure 1 est un schéma-bloc d'un système ou dispositif de détection d'un gradient de vent, tenant compte de l'incidence actuelle de l'aérodyne, dans le cas où la grandeur A est calculée à l'aide des paramètres γa, et γT ;
  • La figure 2 est un schéma-bloc d'un circuit permettant l'élaboration de la grandeur A, à l'aide des informations fournies par une centrale inertielle ;
  • La figure 3 est un diagramme représentant les variations de la vitesse du vent, et de la vitesse aérodynamique de l'aérodyne, en fonction du temps, au cours d'une période où il se produit un gradient de vent ;
  • Les figures 4, 5 et 6, représentent schématiquement un variomètre équipé du voyant d'alarme lumineux d'un système de détection rapide d'un gradient de vent, les indications fournies par ce variomètre perfectionné correspondant respectivement aux trois phases principales du gradient de vent.
  • Avec référence à la figure 1, le signal représentatif de la grandeur A qui peut être fourni (flèche 1) par un circuit résolvant l'équation :
    Figure imgb0002
    est tout d'abord transmis à un filtre 2 de fonction de transfert de la forme Ts/1 + T3 s, qui sert à se soustraire des erreurs d'instruments (en particulier ceux qui servent à la détermination de γT et de γa) et qui est sensible au changement de sens de la grandeur A.
  • Ce filtre 2 est lui-même relié à un circuit conducteur directionnel 3 tel qu'une diode dont la fonction est de ne transmettre que les signaux (généralement positifs) correspondant à des gradients de vent dangereux se traduisant par une diminution brutale de la vitesse anémométrique de l'avion.
  • Le signal
    Figure imgb0003
    fourni par ce circuit 3 est transmis à un filtre 4 dont la fonction de transfert est de la forme 1/1 + T4 s, qui permet d'éliminer les turbulences de façon à éviter les alarmes intempestives. Le filtre 4 est relié à un amplificateur 5 de gain K1. Ce filtre 4 sert à rendre le signal, qui au départ est exprimé en mètre/seconde2, homogène à un signal d'incidence exprimé en degrés.
  • Le signal ΔαF fourni par ce filtre est ensuite transmis à un additionneur 6, qui reçoit un signal αf représentatif de l'incidence a (flèche 7) de l'aérodyne émanant d'un détecteur d'incidence associé à un filtre 8 de fonction de transfert 1/1 + τ2 s. A titre indicatif, les constantes de temps τ2, τ3 et τ4, peuvent être égales à trois secondes, en ce qui concerne τ2 et τ4, et à dix secondes, pour ce qui concerne τ3.
  • Le signal α* = αf + ΔαF, fourni par l'additionneur6, est transmis à un détecteur de niveau 9, qui compare le signal a* à un signal αo de référence (flèche 10) et qui transmet à un signal d'alarme (flèche 11) lorsque * devient supérieur à αo.
  • Ce signal d'alarme peut notamment provoquer l'allumage d'un voyant lumineux 12 disposé sur le quadrant d'un variomètre perfectionné, comme représenté dans les figures 4, 5 et 6.
  • Avec référence à la figure 2, dans le cas où l'aérodyne est équipé d'une centrale à inertie ou tout autre dispositif capable de générer la vitesse sol, la grandeur A peut être calculée non plus à partir de la formule :
    Figure imgb0004
    mais à partir du module de la vitesse sol Vx et à partir de la vitesse aérodynamique V issue par exemple d'une centrale anémométrique. La grandeur A est ici assimilée à la projection de la dérivée du vecteur le long de la trajectoire du vent.
  • Le circuit permettant un tel calcul comprend un soustracteur 13 effectuant la différence Vx - V et un dérivateur 14 de fonction de transfert s/1 + T1 s monté à la sortie de ce soustracteur.
  • La grandeur A obtenue est alors de la forme :
    Figure imgb0005
  • Dans le cas où on utilise un tel circuit pour la détermination de la grandeur A, son raccordement au circuit représenté figure 1 s'effectue directement sur le circuit conducteur directionnel 3, en supprimant le filtre 2 de fonction de transfert T3 s/1 + T3 s.
  • Par convention, le sens du vent est positif pour un vent arrière et négatif pour un vent de face (diagramme de la fig. 3).
  • Pour permettre au pilote de connaître instantanément les manoeuvres qu'il a à effectuer pour surmonter les effets d'un gradient de vent, et ce, dès l'instant où le signal d'alarme est émis par le système de détection de gradient de vent, l'invention propose d'utiliser, comme signal d'alarme, un signal lumineux généré par un voyant lumineux 12 associé à un variomètre perfectionné comprenant (figures 4, 5 et 6) :
    • - un quadrant 15 comportant, de façon classique, une graduation 16 représentative d'une vitesse verticale ;
    • - une aiguille 17 indiquant sur ladite graduation la vitesse verticale instantanée h*° de l'aérodyne ;
    • - un index 18 représentatif de la vitesse verticale potentielle dTO de l'aérodyne, mobile autour du quadrant et dont la position par rapport à l'aiguille 17 indique instantanément l'accélération sur la trajectoire de l'aérodyne, et éventuellement ;
    • - une indication par affichage numérique de la pente de l'aérodyne (affichage numérique 19).
  • D'une façon plus précise, dans le cas où l'aérodyne est équipé d'une centrale inertielle ou équivalent, la vitesse verticale instantanée de l'aérodyne fournie par l'aiguille 17 du variomètre perfectionné peut être calculée au moyen d'un organe de calcul résolvant l'équation :
    Figure imgb0006
    • jz étant la composante verticale de l'accélération de l'aérodyne,
    • g étant l'accélération de la pesanteur,
    • h° A étant un signal de vitesse verticale pouvant provenir d'une centrale anémométrique,
    • s étant l'opérateur de Laplace,
    • T1' et T2' étant des constantes de temps.
  • Par ailleurs, la vitesse verticale potentielle hTo de l'aérodyne est obtenue à partir de la formule suivante:
    Figure imgb0007
    dans laquelle :
    • Va est le module de la vitesse air,
    • Vx est le module de la vitesse sol.

Claims (3)

1. Dispositif de détection rapide d'un gradient de vent, notamment au cours de la phase d'approche d'un aérodyne, en vue de son atterrissage, résultant de l'utilisation de la relation existant entre la pente aérodynamique γa, la pente totale γT et la vitesse anémométrique V, relation pouvant être de la forme
Figure imgb0008
dans laquelle s est l'opérateur de Laplace, A est une valeur qui est sensiblement constante ou nulle, en cas de vol normal sans perturbations, et qui croît dans le cas d'un gradient de vent, vent avant devenant vent arrière, et Vsel est une valeur de consigne, caractérisé en ce que ledit dispositif comprend un moyen de transformer la valeur A précitée en un signal ΔαF suivi d'un mélangeur dudit signal ΔαF avec un signal αf représentatif de l'incidence a de l'aérodyne ce qui permet d'obtenir un signal composite que l'on compare à une valeur de référence homogène à cette incidence, et en ce que le circuit de transformation du signal A en un signal Δαf comprend d'une part, un premier filtre (2) relié à un circuit conducteur directionnel (3), suivi d'un second filtre (4) et d'un amplificateur (5) ; et que le circuit délivrant le signal αf précité représentatif de l'incidence a de l'aérodyne comprend un troisième filtre (8) associé au détecteur d'incidence a ledit dispositif de détection comprenant de plus un sommateur(6), additionnant les signaux ΔαF et αf rendus homogènes et fournit un signal a* qui commande un circuit d'alarme comprenant un comparateur ou détecteur de niveau (9), qui compare le signal α* à un signal αo de référence et qui émet un signal d'alarme (11) lorsque α* devient supérieur à αo.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fonction de transfert du premier filtre (2) est de la forme T3 s/1 + T3 s, celle du deuxième filtre (4) est 1/1 + T4 s et celle du troisième filtre (8) est 1/1 + τ2 s, la valeur T2 et de τ4 pouvant être de trois secondes et la valeur de τ3 pouvant être de dix secondes.
3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le susdit signal d'alarme (11) commande l'éclairement d'un voyant lumineux (12) associé à un variomètre perfectionné, indiquant, par une aiguille et un quadrant (15) la vitesse verticale instantanée h*° de l'aérodyne, par un index mobile (18) autour dudit quadrant, la vitesse verticale potentielle hT o et, éventuellement, au moyen d'un affichage numérique (19), la pente de l'avion.
EP79400290A 1978-05-08 1979-05-07 Dispositif de détection rapide de gradient de vent Expired EP0005662B1 (fr)

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FR7813515 1978-05-08

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EP0005662A1 EP0005662A1 (fr) 1979-11-28
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DE (1) DE2962611D1 (fr)
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